維修電工技師論文PLC

1、提高 PLC 控制系統(tǒng) 的可靠性研究單位 :京博農(nóng)化科技股份有限公司 作者:許學(xué)軍日期:2014年 12月 4日:根據(jù)本公司的設(shè)備離心機(jī)講解 提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性研究單位:京博農(nóng)化科技股份有限公司作者:許學(xué)軍可編程序控制器是在程序控制器和微機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的微機(jī)技術(shù) 跟繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物, 并已成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本裝置。 用 PLC 來(lái)控制系統(tǒng)設(shè)備,其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。 就三菱的 F 系列,據(jù)稱其平均無(wú)故障時(shí)間已達(dá) 30萬(wàn)小時(shí)。所以,整個(gè) PLC 控制 系統(tǒng)的可靠性,主要取決于 PLC 的外圍設(shè)備,比如輸入器件中的行程開(kāi)關(guān)、輸 出器

2、件中的接觸、繼電器和電磁閥等。另外,從軟件程序的編制來(lái)考慮,如果能 編制出一個(gè)帶有監(jiān)控的程序,對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性也有很大好處。下面就如何提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行一些探討。簡(jiǎn)述了影響可編程 序控制器控制系統(tǒng)可靠性的主要因素, 并就可編程序控制器的工作環(huán)境、 電源的 要求、接地和連接線的方式、 降級(jí)操作設(shè)計(jì)、 控制系統(tǒng)的輸入電路和輸出電路與 可編程序控制的軟件程序編制等多個(gè)方面,提出了一些可行的方法和措施。 關(guān)鍵詞:可編程序控制器;外圍設(shè)備;軟件程序;可靠性。目 錄第 1章:從 PLC 外圍設(shè)備來(lái)考慮提高 PLC 的可靠性 5 1.1 工作環(huán)境的要求 .5 1.2 電源的要求 .5 1.

3、3 接地和接線 .5 1.4 PLC 的 I/O電路 .6 1.5 離心機(jī) I/O點(diǎn)及影響可靠性因素 .6第二章 從 PLC 的軟件程序來(lái)考慮提高控制系統(tǒng)的可靠性 .7 2.1運(yùn)行狀況超時(shí)檢測(cè) .7 2.2邏輯錯(cuò)誤檢測(cè) . 8 2.3開(kāi)機(jī)初始化程序 .8 2.4降級(jí)操作設(shè)計(jì) .9 第三章 結(jié)束語(yǔ) .9前 言可編程序控制器(以下簡(jiǎn)稱 PLC 是在程序控制器和微機(jī)控制 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的微機(jī)技術(shù)跟繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物, 從廣義上講, PLC 是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工 業(yè)過(guò)程相連接的輸入輸出接口,并已成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本裝 置。 PLC 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、

4、化工、汽車、輕工等行業(yè)中, 已基本取代了傳統(tǒng)的繼電器和接觸的邏輯控制。用 PLC 來(lái)控制系統(tǒng) 設(shè)備,其工作的可靠性要比單純繼電器和接觸器控制大大提高。就 PLC 本身而言,平均無(wú)故障時(shí)間一般已可達(dá) 3萬(wàn) 5萬(wàn)小時(shí):而三菱 的 F 系統(tǒng),據(jù)稱其平均無(wú)故障時(shí)間已達(dá) 30萬(wàn)小時(shí)。所以,整個(gè) PLC 控制系統(tǒng)的可靠性,主要取決于 PLC 的外圍設(shè)備,比如輸入器件中 的行程開(kāi)關(guān)、按鈕、接近開(kāi)關(guān),輸出器件中的接觸器、繼電器和電磁 閥等。 離心機(jī)上面帶的外圍元件主要有:按鈕、 磁力開(kāi)關(guān)、 接近開(kāi)關(guān)、 繼電器和電磁閥; 維護(hù)保養(yǎng)好這些外圍元件是保障設(shè)備正常運(yùn)行的必 要條件。另外,從軟件程序的編制來(lái)考慮,如果能

5、編制出一個(gè)帶有監(jiān) 控的程序, 對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性也有很大好處。 下面就如何提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行一些探討。第一章 從 PLC 外圍設(shè)備來(lái)考慮提高 PLC 的可靠性PLC 是專為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備 , 當(dāng)工作環(huán)境較為惡劣,如電磁 干擾較強(qiáng),濕度高、電源、輸入和輸出電路等易受到干擾時(shí),會(huì)使控制系統(tǒng)的可 靠性受到影響。1. 1 工作環(huán)境的要求一般 PLC 工作的環(huán)境溫度應(yīng)在 00C-550C 的范圍, 并要避免太陽(yáng)光直接照射; 安裝時(shí)要遠(yuǎn)離的熱源, 保證足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件; 空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小 于 85%,不結(jié)露,以保證 PLC 的絕緣良好。 PLC 應(yīng)避免安裝在有振動(dòng)

6、的場(chǎng)所; 對(duì)振動(dòng)源允許的條件則應(yīng)按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的要求, 安裝減振橡膠墊或采取其他防 振措施?？諝庵杏蟹蹓m和有害氣體時(shí),應(yīng)將 PLC 封閉安裝 . 。1.2 電源的要求不同的 PLC 產(chǎn)品 , 對(duì)電源的要求也不同 , 這里包括電源的電壓等級(jí)、頻率、交 流紋波系數(shù)和輸入輸出的供電方式等。對(duì)電磁干擾較強(qiáng)、而對(duì) PLC 可靠性要求以較高的場(chǎng)合, PLC 的供電應(yīng)與動(dòng) 力供電和控制電路供電分開(kāi),必要時(shí),可采用帶屏蔽的隔離變壓器供電、串聯(lián) LC 濾波電路等。在設(shè)計(jì)時(shí),外接的直流電源應(yīng)采用穩(wěn)壓電源,供電功率應(yīng)留有 20%-30%的余量。 對(duì)由控制本身提供的真流電源, 應(yīng)了解它所能提供的最大電流, 防止過(guò)電流

7、造成設(shè)備的損壞。1.3 接地和接線(1PLC的良好接地是正常運(yùn)行的前提 , 在設(shè)計(jì)時(shí) ,PLC 的接地應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備的 接地分開(kāi) , 采用專用接地 ; 如不能分開(kāi)接地時(shí) , 應(yīng)采用共用接地 ; 絕對(duì)禁止采用共通 接地方法 . 如圖 1所示 , 接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近 PLC, 接地線的徑應(yīng)大于 4mm, 接地電 阻一般應(yīng)小于 10歐姆 (a專用接地 (b 共用接地 (c 共通接地圖 1 接地方法(2 PLC 的接線包括輸入線和輸出接線。輸入接線的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng),一般不大于 30m ; 在線路距離較長(zhǎng)時(shí), 可采用中間繼電器進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換。 輸入接線 的 COM 端與輸出接線的 COM 端不能接在一起。輸

8、入接線與輸出接線的電纜應(yīng) 分開(kāi)設(shè)置。必要時(shí), 可在現(xiàn)場(chǎng)分別設(shè)置接線箱。 集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信 號(hào)和輸出信號(hào)的接線必須采用屏蔽電纜, 屏蔽層的接地端應(yīng)為一點(diǎn)接地, 接地點(diǎn) 宜在控制器側(cè)。1.4 PLC 的 I/O電路(1由于 PLC 是通過(guò)輸入電路接受開(kāi)關(guān)量 |、模擬量等輸入信號(hào)的,因此輸入 電路的元器件質(zhì)量的好壞和連接方式直接影響著控制系統(tǒng)的可靠性, 比如:按鈕、 行程開(kāi)關(guān)等輸入開(kāi)關(guān)量的觸點(diǎn)接觸是否良好、 接線是否牢固等。 設(shè)備上的機(jī)械限 位開(kāi)關(guān)是比較容易產(chǎn)生故障的元件, 在設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開(kāi)關(guān) 代替機(jī)械限位開(kāi)關(guān)。 此外, 按鈕的常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)的選擇也會(huì)影響到系統(tǒng)的可

9、靠 性?，F(xiàn)以一個(gè)簡(jiǎn)單的起動(dòng)、 停止控制線路為例, 圖 2和圖 3所示的是兩個(gè)控制線 路和它們對(duì)應(yīng)梯形圖,這兩個(gè)控制線路的控制功能完全一樣,按下起動(dòng)按鈕, 輸 出動(dòng)作;按下停止按鈕,輸出斷開(kāi);但它們的可靠性不一樣,假設(shè)輸出斷開(kāi)為安 全狀態(tài),那么圖形 3的可靠性要比圖 2的高,這是因?yàn)?SBI 、 SB2都有發(fā)生故障 的可能,而最常見(jiàn)的現(xiàn)象是輸入電路開(kāi)路。當(dāng)采用圖 3電路時(shí),不論 SBI 、 SB2開(kāi)關(guān)本身開(kāi)路還是接線開(kāi)路,輸出都安全狀態(tài),保證了系統(tǒng)的安全和可靠 。 圖 2 起,?？刂凭€路圖 3起,停控制線路 (2在輸入端有感性負(fù)荷時(shí) , 為了防止反沖感應(yīng)電勢(shì)損壞模塊 , 在負(fù)荷兩端并接電容 C

10、和電阻 R(交流輸入信號(hào) , 或并接續(xù)流二極管D(直流輸入信號(hào) . 如圖表 4所示,在采取交流輸入方式時(shí), CR 的選擇要適當(dāng)才能起到較好的效果。通過(guò)試 驗(yàn)裝置的測(cè)試,當(dāng)負(fù)荷容量在 10V A 以下,一般 0.1微乏 +120歐姆 ; 負(fù)荷容量在 10V A 以上時(shí) , 一般選 0.47微乏 +47歐姆較適宜 . 要采取直流輸入方式時(shí) , 經(jīng)試驗(yàn)得 知 , 二極管的額定電流應(yīng)選為 IA, 額定電壓要大于電源電壓的 3倍 。 (a交流輸入方式 (b直流輸入方式圖 4 輸入端有感性負(fù)荷時(shí)的方式(3在輸出端有感性負(fù)載時(shí) , 通過(guò)試驗(yàn)得知 , 若是交流負(fù)載場(chǎng)合 , 應(yīng)在負(fù)載的兩端并接 CR 浪涌吸收器

11、 ; 如交流是 100V 、 200V 、電壓而功率為 400V A 左右時(shí), CR 浪涌吸收器為 0.47UF+47歐姆 , 如圖 5所示 .CR 愈靠近負(fù)載 , 其 抗干效果愈好 ; 若是直流負(fù)載場(chǎng)合 , 則在負(fù)載的兩端并接續(xù)流二極管 D, 如圖 6所示 . 二極管也要靠近負(fù)載 , 其反向耐壓應(yīng)是負(fù)載電壓的 4倍 . 圖 5 輸出端交流感性負(fù)載圖 6 輸出端直流感性負(fù)載1.5 離心機(jī) I/O點(diǎn)及影響可靠性因素(1下圖為 PLC 接線圖: 圖 7 PLC 接線圖X0為升降閥上限位, x1為升降閥下限位, x2為刮料閥前限位, x3為刮料 閥后限位, x4為緊急停止, x5油泵旋鈕, x6為手

12、自動(dòng)旋鈕, x7為啟動(dòng)按鈕, x8為復(fù)位按鈕, x9為上料按鈕, x10為刮料按鈕, x11為料位信號(hào), y0為中速, y1為低速, y2為液壓電機(jī), y3為刀轉(zhuǎn)閥, y4為刀上下閥, y5為進(jìn)料閥, y6為刀 退閥, y7為料位閥, y8為自動(dòng)指示, y9為手動(dòng)指示, y10為復(fù)位指示。工作原理:油泵旋鈕旋轉(zhuǎn) x5接通,手自動(dòng)旋鈕旋轉(zhuǎn) x6接通,啟動(dòng)按鈕按下 x7接通,程序在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。按下上料按鈕 X9接通,設(shè)備中速運(yùn)行,轉(zhuǎn)速穩(wěn) 定后開(kāi)始進(jìn)料,料滿后關(guān)閉進(jìn)料閥,開(kāi)始脫液。按下刮料按鈕 x10接通,設(shè)備轉(zhuǎn) 為低速運(yùn)行,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,刮刀旋進(jìn)并下降開(kāi)始刮料, 刮刀下降到底完成一個(gè)循 環(huán),按下復(fù)

13、位按鈕 x8接通,刮刀返回原位設(shè)備停止轉(zhuǎn)動(dòng)。(2影響可靠性因素:因環(huán)境原因,刮刀上下限位傳感器與前后限位傳感 器經(jīng)常壞,造成卸料不能運(yùn)行。料位傳感器經(jīng)常壞,進(jìn)料閥不能關(guān)閉跑料。從以 上因素來(lái)看維護(hù)保養(yǎng)是保證設(shè)備正常運(yùn)行的必要條件。第二 章 :從 PLC 的軟件程序來(lái)慮提高控制系統(tǒng)的可靠性2.1運(yùn)行狀況超時(shí)檢測(cè)為了提高 PLC 控制系統(tǒng)工作的可靠性 , 可以專門(mén)設(shè)置一個(gè)定時(shí)器 , 作為監(jiān)控程 序部分 , 對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè) . 若程序運(yùn)行能正常結(jié)束 , 則該定時(shí)器就即被 清零 , 若程序運(yùn)行發(fā)生故障 , 如出現(xiàn)死循環(huán)等 , 該定時(shí)器在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)就無(wú)法清 零 , 此時(shí) PLC 發(fā)出報(bào)警信號(hào)

14、 . 在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí) , 使用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各部 分運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控 . 如果用 PLC 來(lái)控制某一對(duì)象時(shí) , 編制程序時(shí)可定義一個(gè)定時(shí)器 來(lái)對(duì)這一對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視 , 該定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間即為這一對(duì)象工作所需 的最大時(shí)間,當(dāng)啟動(dòng)該對(duì)象運(yùn)行時(shí), 同時(shí)也啟動(dòng)該定時(shí)器, 若該對(duì)象的運(yùn)行程序 在程序在規(guī)定的時(shí)間結(jié)束工作,發(fā)出一個(gè)工作完成信號(hào),使該定時(shí)器清零, 說(shuō)明 這一對(duì)象的運(yùn)行程序正常,否則屬運(yùn)行不正常, 發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)信號(hào)。 監(jiān)控 程序的梯形如圖 8所示, 圖中定時(shí)器 T1為檢測(cè)元件, X001為控制對(duì)象動(dòng)作信號(hào),X002為動(dòng)作完成信號(hào), M2為報(bào)警或停機(jī)信號(hào)。 假設(shè)被控對(duì)象運(yùn)行程

15、序完成一次 循環(huán)需要 50s ,則定時(shí)器 K, 值可取 510(T1為 100ms 定時(shí)器 。當(dāng) X001=1時(shí), 被控對(duì)象運(yùn)行開(kāi)始, T1開(kāi)始計(jì)時(shí),如在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)被控對(duì)象的運(yùn)行程序能正 常結(jié)束,則 X002動(dòng)作, M1復(fù)位,定時(shí)器 T1被清零,等待下一次循環(huán)的開(kāi)始; 若在規(guī)定時(shí)間沒(méi)有發(fā)出被控對(duì)象運(yùn)行完成的動(dòng)作信號(hào),則判斷為故障, T1的觸 點(diǎn)閉合,接通 M2發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)信號(hào)。 圖 8 動(dòng)作超時(shí)檢測(cè)程序2.2邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),可編程序控制器的輸入、輸出信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)(如輔助 繼電器的狀態(tài)相互之間存在著確定的關(guān)系, 如出現(xiàn)異常的邏輯信號(hào), 則說(shuō)明出 現(xiàn)了故障。因此, 可以編寫(xiě)

16、一些常見(jiàn)故障的異常邏輯關(guān)系, 一旦異常邏輯關(guān)系為 NO 狀態(tài),就應(yīng)該按故障處理。例如某機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中先后有兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng) 的 PLC 輸入地址分別為 X001, X002,在兩個(gè)信號(hào)不會(huì)同時(shí)為 NO 狀態(tài),如果他 們同時(shí)為 NO 狀態(tài),就說(shuō)明至少有一個(gè)限位開(kāi)關(guān)被卡死,應(yīng)該停機(jī)處理。如圖 9梯形圖中,這兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn) X001, X002串聯(lián),來(lái) 驅(qū)動(dòng)一個(gè)表示限位開(kāi)關(guān)故障的輔助繼電器 M0,當(dāng) M0為 NO 狀態(tài)時(shí)就發(fā)出報(bào)警 信號(hào)或停機(jī)信號(hào) 圖 9邏輯錯(cuò)誤檢測(cè)程序2.3開(kāi)機(jī)初始化程序與特殊輔助幾點(diǎn)起的作用(1 : 利用另一款離心機(jī)程序截圖介紹開(kāi)機(jī)初始化程序,如圖 10:

17、圖 10 開(kāi)機(jī)初始化程序PLC 上電后,初始化脈沖輔助繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,區(qū)間復(fù)位動(dòng)作,使 y000-y013(包括 y000與 y013 輸出全部斷開(kāi)。區(qū)間復(fù)位動(dòng)作,使 m400-m499(包 括 m400與 m499輔助繼電器全部斷開(kāi)。使數(shù)據(jù)傳送塊 MOV 動(dòng)作,將常數(shù) 1傳送給 D150。使計(jì)數(shù)器 C1復(fù)位,使?fàn)顟B(tài)繼電器復(fù)位,使計(jì)數(shù)器 C15復(fù)位,使 設(shè)備達(dá)到初始化狀態(tài)。 運(yùn)行監(jiān)控輔助繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使運(yùn)算塊 SUB 動(dòng)作，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 D220 內(nèi)數(shù)據(jù)減去常數(shù) 1 存入 D222。使數(shù)據(jù)傳送塊 MOV 動(dòng)作，將常數(shù)-1 傳送給 D1。 使數(shù)據(jù)傳送塊 MOV 動(dòng)作，將常數(shù)-1 傳送給

18、D2。比較塊動(dòng)作，當(dāng) D8030 內(nèi)數(shù)據(jù) 大于常數(shù) 100 時(shí) M200 動(dòng)作。 緊急停止按鈕 x005,油泵熱機(jī)故障出點(diǎn) x006，變頻器故障觸點(diǎn) x007,時(shí)間繼電 器 t40 常開(kāi)觸點(diǎn)，任何一個(gè)閉合 m112 動(dòng)作，數(shù)據(jù)傳輸塊 MOV 動(dòng)作將常數(shù) 7 傳 送給 D150，設(shè)備停機(jī)；復(fù)位按鈕 x015，時(shí)間繼電器 t40 常開(kāi)觸點(diǎn)，任何一個(gè)閉 合 m215 動(dòng)作，設(shè)備停機(jī)；M215 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，m109 復(fù)位，C1 復(fù)位，區(qū)間復(fù) 位塊動(dòng)作，狀態(tài)繼電器 s0-s50 復(fù)位，C15 復(fù)位；手動(dòng)旋鈕 x12 閉合，y016 動(dòng)作， 手動(dòng)指示燈亮； x12 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)， y015 不動(dòng)作， 自動(dòng)指示燈滅； 刮刀上限位 x000 閉合，刮刀前限位閉合或 m200 不動(dòng)作，y017 動(dòng)作，復(fù)位指示 燈亮。 （2）特殊輔助繼電器的功能：m8000 運(yùn)行監(jiān)控，